JP2853484B2 - 高性能アクリル系繊維の製造方法および湿式延伸装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高性能アクリル系繊維の
製造方法および湿式延伸装置に関するものであり、さら
に詳しくは、単繊維間接着がなく、ボイドの少ない高性
能アクリル系繊維を生産性良く製造する方法およびこれ
に用いる湿式延伸装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アクリル系繊維は、衣料用、建装用とし
ての用途の他に、ポリマーの高分子化、高延伸化の手段
などにより高強度化をはかり、炭素繊維用前駆体として
多量に使用され、また、石綿代替材料として、スレート
補強材などへの展開がはかられている。

【０００３】このような高性能アクリル系繊維は、高延
伸、高配向化する必要があるが、単繊維間の接着がある
場合には、その性能を十分に発揮させることができな
い。また、単繊維間接着が発生すると、延伸工程におい
て毛羽が多発し十分な延伸が不可能となる。製糸工程中
の単繊維間接着は、主に紡糸後の水膨潤状態にある糸条
を高温浴で延伸する浴延伸工程、および水膨潤糸条の水
を蒸発しつつボイドを消減させる乾燥、緻密化工程で発
生する。従来、浴延伸工程においては、延伸温度や、延
伸倍率の適正化によって、また、乾燥、緻密化工程にお
いては油剤を繊維表面に付与することによって単繊維間
接着の発生が防止されている。

【０００４】しかしながら、口金を凝固浴上に設置し、
紡糸原液を一端空気中に押し出してから凝固浴中に導く
乾湿式紡糸法においては、繊維表面が極めて平滑とな
り、単繊維同士が密着しやすく、単繊維間の接着が非常
に発生しやすいために、上記の単繊維間接着防止手段を
もってしても、延伸浴の温度を高くすることができない
ので、プロセス上の制約が大きく、延伸性が低下すると
いう問題があった。

【０００５】一方、アクリル系繊維を炭素繊維用前駆体
として用いる場合、炭素繊維に転換した時に単繊維間の
接着や繊維内部にボイドが存在すると、欠陥の原因とな
り、高性能化が十分に達成されない。炭素繊維内のボイ
ドは前駆体繊維を製造する工程で、水膨潤糸条に付与さ
れた油剤が繊維内部に浸入し、その後乾燥緻密化され見
掛け上、均質化されるが、炭素繊維に転換する焼成工程
において繊維内部に閉じ込められた油剤が分解し、ガス
が発生してボイドになると考えられる。

【０００６】水膨潤糸条への油剤の浸入は、繊維の膨潤
度が小さいほど少なくなると考えられる。延伸浴液温度
を上げると、繊維を形成するフィブリルが熱と張力によ
り、融着するために空洞が減少し膨潤度は低下するが、
反対に単繊維間接着が増加するという問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、浴延
伸工程において高温延伸時の単繊維間接着を防止し、繊
維内部のボイドが少なく、かつ高配向のアクリル系繊維
糸を製造する方法およびそのための製造装置を提供する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の高性能アクリル系繊維の製造方法は次の構成
を有する。すなわち、乾湿式紡糸法において、延伸浴の
入り側ローラ温度を延伸浴温度より少なくとも５℃低温
かつ延伸前の熱処理温度より高くとも５℃以下に保ちつ
つ浴延伸することを特徴とする高性能アクリル系繊維の
製造方法である。

【０００９】また、本発明の湿式延伸装置は、次の構成
を有する。すなわち、乾湿式紡糸装置において、延伸浴
入り側ローラを延伸浴液外に設けることを特徴とする湿
式延伸装置である。

【００１０】以下、本発明をさらに詳細に説明する。水
膨潤糸条を湿式延伸する従来の方法としては、図３に示
すごとく、延伸浴入り側の速度規制ローラＡから導かれ
た糸条は、延伸浴中に設置された２個のローラＣ，Ｄに
よって、延伸浴中に導かれ出側の速度規制ローラＢによ
って引き出される。

【００１１】本発明の高性能アクリル系繊維の製造方法
は、乾湿式紡糸法に適用されるものである。前記したよ
うに、湿式紡糸法や乾式紡糸法においては、単繊維同士
が密着しやすいという問題は比較的少ない。

【００１２】本発明の高性能アクリル系繊維の製造方法
においては、延伸浴の入り側ローラ温度を延伸浴温度よ
り少なくとも５℃低温かつ延伸前の熱処理温度より高く
とも５℃以下に保ちつつ浴延伸するものである。延伸浴
の入り側ローラ温度が延伸浴温度より５℃低い温度を越
える温度であるならば、配向の低い水膨潤糸条が延伸浴
に入る前までに受けた熱履歴よりはるかに高温の入り側
ローラに接触し、さらに延伸張力によってローラに押し
付けられるため、単繊維同士が熱接着するのを有効に防
ぐことができない。また、延伸浴の入り側ローラ温度が
延伸前の熱処理温度より５℃高い温度を越える温度であ
るならば、上記同様に単繊維同士が熱接着するのを有効
に防ぐことができない。

【００１３】本発明の製造方法に使用されるポリマーと
してはアクリロニトリルを９０％以上含むものであれば
特に制限されるものではなく、アクリロニトリルと共重
合可能な他のモノマーを共重合することも可能である。

【００１４】なお、本発明の製造方法により延伸した
後、乾燥緻密化前の水膨潤糸条には常法により油剤を付
与することが好ましく行なわれる。その場合の油剤とし
ては、耐熱性の高いものが好ましく、シリコーン系油剤
が好適に使用される。油剤付与後の糸条は乾燥緻密化
後、必要に応じて、延伸、熱処理がほどこされる場合も
ある。

【００１５】本発明の製造方法を容易に実施するための
好ましい湿式延伸装置の一例としては、上記同様の理由
から、図１，図２に示すように延伸浴入り側ローラを浴
延伸液外に設置して、延伸浴液による延伸浴入り側ロー
ラの温度上昇を防止するものである。

【００１６】この延伸浴液外に設置された入り側ローラ
から離れた糸条は、延伸浴中で温度が上昇し延伸される
ため、配向が高まり耐熱性が向上し、また内部フィブリ
ル構造の熱融着により、膨潤度が低下して断面の変形が
しにくくなるために、延伸浴中に浸漬され、延伸浴と同
じ温度に保たれた高温の延伸浴出側ローラに接触し、押
し付けられても、単繊維間の接着は発生しないのであ
る。

【００１７】このように延伸浴入り側ローラを延伸浴液
外に設置し、延伸浴入り側ローラの温度上昇を防止する
ことによって、単繊維間の接着を防止しつつ高温延伸が
可能となり、延伸倍率の向上、膨潤度の低下が達成でき
るものである。

【００１８】なお、本発明の製造装置に用いる延伸浴入
り側ローラとしては、延伸浴出側の速度規制ローラと同
速の駆動ローラまたはフリーローラのいずれでもよい。
また、ローラの材質としては、硬質クロームメッキした
ＳＵＳ、セラミックスなどを用いることができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明する。 （実施例１）アクリロニトリル９９．３重量％、イタコ
ン酸０．７重量％からなるアクリロニトリル系共重合体
の２０重量％ジメチルスルホキシド（以下、ＤＭＳＯ）
溶液を紡糸原液とした。粘度は４５℃において６５０ポ
イズであった。この紡糸原液を直径が０．１０ｍｍの小
孔を３０００個有する紡糸口金から吐出させ、３ｍｍの
空間を通過後にＤＭＳＯ／水の重量比が３０／７０に設
定された凝固浴に導き、１５ｍ／分の引き取り速度で乾
湿式紡糸した。その後３５℃の温水で十分に水洗した
後、図１に示す本発明の湿式延伸装置を２槽使用して２
段の湿式延伸を行った。１段目は７５℃、２段目は沸水
（９８℃）として最大延伸倍率を測定したところ、単繊
維切れが発生する倍率は７．０倍であった。いずれの倍
率でも単繊維間接着は認められなかったが、安定した工
程通過性を考慮して５．０倍延伸を行った。この時１段
目および２段目の延伸浴入り側ローラ温度はそれぞれ３
２℃、６０℃であった。

【００２０】その後３．０％のシリコーン系油剤浴を通
した後、ゴム製ニップローラで余分の油剤を絞り、１６
０℃の表面温度の乾燥緻密化ローラを通した。その後、
加圧スチームによる延伸性を測定した結果、４．５倍延
伸で毛羽が発生し、安定した工程通過性を考慮すると、
トータル延伸倍率２０．０倍で毛羽、単繊維間接着のな
い高配向の高性能アクリル系繊維が安定して得られた。
また、浴延伸出の水膨潤糸の膨潤度を測定したところ８
５％であった。

【００２１】膨潤度とは繊維内部の細孔に満たされた水
の量を表わし、次の方法で測定する。水膨潤糸をポリマ
として約３ｇ採取し、３０００ｒｐｍの遠心脱水機によ
り５分間脱水した後に、すばやく重量を測定しＷ_１を求
めた後、絶乾してＷ_２を求め、下記式によって計算した
値を膨潤度とする。

【００２２】 膨潤度＝｛（Ｗ_１−Ｗ_２）／Ｗ_２｝×１００ （％） （比較例１）実施例１と同様に、乾湿式紡糸した後３５
℃の温水で十分に水洗して、図３に示す従来の湿式延伸
装置を２槽使用して、２段の湿式延伸を行った。実施例
と同様に１段は７５℃、２段は沸水（９８℃）として、
延伸処理したところ、３０００フィラメント全体が接着
しテープ状となった。この時、１段目および２段目の延
伸浴入り側ローラ温度はそれぞれ３２℃、６０℃であっ
た。油剤付与乾燥緻密化後も硬いテープ状のままであ
り、加圧スチームでの延伸が全く出来なかった。そこ
で、単繊維間接着しない温度まで延伸温度を下げたとこ
ろ、１段目は４０℃２段目は４５℃となった。この温度
条件での、単繊維切れが発生する延伸倍率は４．０倍と
低かった。安定した工程通過性を考慮して、３．０倍延
伸処理を行なった。この時１段目および２段目の延伸浴
入り側ローラ温度はそれぞれ３２℃、４０℃であった。

【００２３】実施例１と同様にして膨潤度を測定したと
ころ２００％であった。この糸条に油剤を付与、乾燥、
緻密化した後、加圧スチームによる延伸性を測定した結
果、５．８倍延伸で毛羽が発生し、安定した工程通過性
を考慮するとトータル延伸倍率１５倍と低いものであっ
た。

【００２４】実施例１と比較例１の結果を表１に示す。

【００２５】

【表１】 （実施例２〜４、比較例２〜４）実施例１と同様に乾湿
式紡糸した後、３５℃の温水で十分に水洗して図２に示
す本発明の湿式延伸装置を２槽使用して１段目は７５
℃、２段目は沸水（９８℃）として湿式延伸を行なっ
た。この時入り側ローラに温水を注ぎ、ローラ温度を変
更して各延伸浴出の繊維の単繊維間接着状態を観察し
た。その結果を表２に示す。表２からわかるように、入
り側ローラ温度が本発明で規定する範囲内であれば７５
℃（１段目）、９８℃（２段目）の高温の２段延伸でも
単繊維間接着は発生しなかった。

【００２６】

【表２】

【００２７】

【発明の効果】本発明の湿式延伸方法によって、延伸浴
液の温度を高くすることが可能となり浴延伸倍率を高く
することができるとともに、膨潤度を低くすることがで
きる。高温浴液により湿式延伸しても単繊維間接着が防
止できる上に、延伸性の向上、膨潤度の低下によって、
得られるアクリル系繊維は高強度アクリル系繊維とし
て、また高強度炭素繊維用前駆体として有効に活用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の湿式延伸装置の一例を示す側面図であ
る。

【図２】本発明の湿式延伸装置の別の例を示す側面図で
ある。

【図３】従来の湿式延伸装置の例を示を示す側面図であ
る。

【符号の説明】

Ａ：入り側速度規制ローラ Ｂ：出側速度規制ローラ Ｃ：入り側ローラ Ｄ：出側ローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−34011（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−299509（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−33817（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) D01D 5/06 102

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】乾湿式紡糸法において、延伸浴の入り側ロ
   ーラ温度を延伸浴温度より少なくとも５℃低温かつ延伸
   前の熱処理温度より高くとも５℃以下に保ちつつ浴延伸
   することを特徴とする高性能アクリル系繊維の製造方
   法。
2. 【請求項２】乾湿式紡糸装置において、延伸浴入り側ロ
   ーラを延伸浴液外に設けることを特徴とする湿式延伸装
   置。